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上海伍麦电子科技有限公司 
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| UPS电源工作原理 |
市电并不是稳定的，它存在着很多电能质量问题，例如电压浪涌、高压尖脉冲、暂态过电压、电压下陷、线路噪声、频率偏移、持续低电压、供电中断等。这些质量问题既可以引起计算机的键盘锁定、硬件老化等相对较轻的不良影响，也可以导致数据完全丢失或主板烧毁等较大的事故。所以计算机必须采用UPS供电。UPS可以改善市电的供电质量，保护计算机稳定可靠地运行。
UPS是专门为计算机设计的一种不间断电源，UPS离不开计算机，计算机也离不开UPS。随着计算机的广泛应用，使得UPS也得到了广泛的应用。
对于UPS，按其输出电压波形的不同，可以分为交流UPS（AC UPS）和直流UPS（DC UPS），对于像计算机和通信系统等直流用电负载而言，从供电的可靠性、安全性和运行效率来说，直流UPS比交流UPS具有更突出的优点，诸如电路简单、所用元器件少、成本低廉、功耗小、体积重量小、可靠性高、扩容简单、制造容易、维护方便等但直流UPS也存在着一些缺点，例如，不能通过工频变压器向线性稳压电源供电，不能带交流负载，输出的大功率直流电压稳压困难，直流电压变化困难，市电与负载之间不能实现隔离等。虽然直流UPS比交流UPS具有更多的优点，但由于历史原因和传统观念的影响，当前应用较多的仍然是交流UPS。随着计算机应用领域的增多，每个领域各有自己与众不同的特点，因此对交流UPS的要求也各不相同，而作为公共设备的交流UPS，则必须具备所有这些功能。同时，即使对同一领域，由于不断发展的需要，对UPS的功能要求也越来越多，这就使交流UPS的电路越来越复杂，所用元器件越来越多，成本越来越大，维护越来越复杂，体积越来越大，可靠性越来越差。为了提高 UPS的可靠性，又需增加各种保护电路或采用冗余并联的工作方式。这种滚雪球式的发展方式，导致交流UPS的生产维护技术的难度和售价指数增加。这又使一般中小型用户难以承受，严重影响了交流UPS的进一步推广应用。当这种矛盾发展到一定程度时，必然会引发一场UPS革命
1 当前UPS的结构特点与存在的问题
当前UPS电路的结构形式，是由上世纪70年代UPS开发的初期决定的。那时的计算机采用的是以上频变压器为依托的线性电源，同时又由于交流电动机负载的存在，因此早期的UPS主要目的是保持工频交流不中断为了达到这个目的就必须进行逆变，于是逆变器就成了UPS中的核心部件UPS性能的改善和功能的提高，都集中表现在逆变器上，因此大家都围绕着逆变器大做文章，使逆变器成为UPS中电路*复杂，工艺*复杂，元器件用得*多，要求又*严格、设计制造*困难，体积*大、造价*高的部件，它占去了UPS整机成本、体积、重量和功耗的90%以上，成为UPS技术、功能和制造维护的难点集中地，当然也是UPS故障*多、叮靠性*差的地方。因此，对UPS革命自然而然地应从逆变器人手。也就是说要取消逆变器，只有这样才是对UPS*彻底的革命。但去掉逆变器在开关电源未普及之前决非易事，它有三大难点不能解决：一是直流电压不能通过工频变压器向线性稳压电源输送电能，亦即不能实现不间断供电；二是大功率直流稳压困难，计算机的多种低压直流电源采用直流变压困难；三是市电与计算机的电隔离困难。
高频开关电源的出现与广泛应用，为解决上述三大难点创造了条件高频开关电源萌芽于20世纪50年代，到20世纪70年代完成了20kHzPWM开关电源样机，被称作“20kHz革命”，是直流稳压电源发展史上的一个巨大飞跃。到20世纪末高频开关电源技术已经非常成熟，并得到了广泛的应用，特别是在计算机电源中的应用，为UPS取消逆变器创造了条件，因为它解决了直流蓄电池电压的稳压、变压和市电与计算机之间的隔离问题。
为了减小低压大电流时的线路压降，减小电源故障的影响范围，提高供电的可靠性，一般在小型计算机中都装有高频开关电源。这些开关电源的具体线路可能不完全相同，但其基本结构与组成部分是大致一样的。当前，ATX电源已取代早期的AT电源应用于计算机中，其原理电路如图1所示。它主要是由抗干扰滤波、市电侧整流和平滑滤波3种电路组成的市电侧整流滤波电路，以及由高频逆变、高频变压隔离、高频整流、高频滤波及控制电路组成的DC/DC变换器两部分组成的。输出的低压直流电压为±12V，±15V，3.3V，以供计算机内部电路使用。一般高频开关电源允许输人电压的变化范围为交流工频165～275V，直流233.4～388.9V，输出电压精度为0.6%～1%。
从图1所示的原理框图可知，ATX开关电源所具有的3种功能对取消UPS中的逆变器是十分有用的：一是可以输入工频交流电压，也可以输人233.4～388.9V直流电压，以保持直流输出电压基本不变；二是ATX中的DC/DC变换器具有直流稳压和变压的功能；三是高频变压隔离器中的变压器具有隔离作用。这3种功能满足了计算机对UPS的要求，并实现了计算机输人电源的交直兼容，使计算机不再一定非要输人220V工频电压。 |
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